ICP-AES法測定粉煤灰堆場揚塵中重金屬污染研究

仲 利

(國家釩鈦制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心 攀枝花市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所，四川 攀枝花 617000)

粉煤灰，是從煤燃燒后的煙氣中捕集下來的細灰，主要來源于燃煤電廠排放。攀枝花作為二十世紀末西南邊陲最重要工業(yè)城市，貯藏著豐富的鋼鐵、煤炭資源，為了推動工業(yè)城市的建設(shè)和發(fā)展，建立了若干規(guī)模龐大的燃煤電廠。隨著環(huán)保事業(yè)的推動，對于這些燃煤電廠排出的粉煤灰等固體廢棄物，日益受到人們的重視。在粉煤灰等廢棄物的綜合利用進程中，其污染問題不容忽視。污染的傳播與控制是環(huán)境保護的主要議題，其中重金屬污染一直是污染防治的重要內(nèi)容，重金屬在環(huán)境中遷移的研究對于環(huán)境保護的意義巨大。對于固體廢棄物的重金屬污染，本文對粉煤灰堆場中因揚塵造成的重金屬遷移，應(yīng)用分析化學(xué)手段進行了監(jiān)測研究，通過現(xiàn)代儀器分析中的電感耦合等離子發(fā)射光譜法，對鉛、鉻、鎘、砷、汞、錳、鎳、銅、鋅8種重金屬進行同時測定，實驗中選取微波消解快速處理揚塵樣品，使用儀器對重金屬含量進行自動分析，并考察了分析方法的檢出限、精密度和回收率。研究體現(xiàn)出該分析方法速度快、效率高、適用面廣的優(yōu)點，適合推廣應(yīng)用。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Optima-8300型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(美國珀金埃爾默公司)；PRO微波消解儀(奧地利安東帕有限公司)；AR2140電子天平(美國奧豪斯儀器有限公司)。

鉛、鉻、鎘、砷、汞、錳、鎳、銅、鋅標準儲備溶液(1000mg/L，國家有色金屬及電子材料分析測試中心)；測定前以標準儲備溶液稀釋配制工作曲線標準溶液。

鹽酸(優(yōu)級純)；硝酸(優(yōu)級純)；氫氟酸(分析純)；硼酸(分析純)；實驗用水為分析實驗室用二級水。

1.2 儀器工作條件

Optima-8300電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀工作參數(shù)如下：等離子體流量：15 L/min，進樣速率1.5 mL/min；條件射頻功率：1300 W，霧化器流量0.55 L /min，輔助氣流量：0.2 L/min。

1.3 實驗方法

稱取揚塵樣品0.2 g左右，精確至0.0001 g；記錄樣品質(zhì)量，置于微波消解罐中，加入5 mL 氫氟酸，5 mL硝酸，按表1微波消解程序消解，運行完畢后冷卻打開，用電熱趕酸器趕酸至1 mL左右，轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶，并用5 %鹽酸溶液多次沖洗，將洗液都收集在容量瓶中，定容、混勻備用。同時做試劑空白實驗。上機測試標準系列溶液發(fā)射強度，繪制工作曲線，測試樣品消解溶液發(fā)射強度，根據(jù)工作曲線計算溶液待測元素質(zhì)量濃度。

表1 微波消解程序

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品預(yù)處理方法

實驗對比了微波消解和傳統(tǒng)的濕法酸消解，結(jié)果顯示，在標準加入實驗中傳統(tǒng)加熱濕法消解的As和Hg的回收率相對于微波消解偏低，可能是由于傳統(tǒng)濕法消解溫度不易控制，溫度偏高則造成了As和Hg的揮發(fā)，結(jié)果準確度受到影響。且傳統(tǒng)濕法消解消溫度低的情況下，對于主要成分為粉煤灰及硅灰的揚塵樣品，消解速率過慢，需要長時間人為值守并控制溫度，操作繁瑣。而微波消解時間短，效率高，控制條件穩(wěn)定，自動化和程序化大大改善了大批量樣品消解條件的一致性和穩(wěn)定性。故方法選取微波消解，提高了分析的效率和準確度。

2.2 儀器分析波長的選擇

為解決分析過程中的光譜干擾，實驗按儀器推薦波長對每一待測元素選擇至少4條譜線以上，在測量完成后的光譜結(jié)果中對于每一元素的所有譜線橫向?qū)Ρ龋瑑?yōu)選分析譜線，主要規(guī)避了共存元素造成的重疊干擾和其他背景干擾，并參考譜線相對強度、信噪比及元素的質(zhì)量濃度范圍等因素。比如因為Cd在214.228 nm對砷228.810 nm譜線有嚴重干擾， As的譜線不可選擇228.810 nm；樣品中含磷較高，P在213.617 nm處對Cu 213.597的譜線干擾較大，故應(yīng)避開Cu 213.597nm的譜線。通過對實際測得各譜線處的峰形和強度，篩選出待測元素的譜線如表2所示。

表2 分析元素譜線干擾及優(yōu)選譜線

2.3 標準曲線及檢出限

通過對標準儲備液稀釋配制而成的混合標準系列溶液的測量，標準曲線溶液質(zhì)量濃度及工作曲線的線性關(guān)系見表3。重復(fù)測定空白溶液11次，得到各元素的發(fā)射強度，依據(jù)工作曲線斜率，計算檢出限。

表3 線性相關(guān)系數(shù)及檢出限

2.4 基體效應(yīng)

按照方法預(yù)處理程序，消解樣品得到樣品溶液，設(shè)計標準加入法進行對樣品各重金屬元素含量進行測量分析，與校正曲線法所得結(jié)果進行對比，結(jié)果見表3，可得各元素相對誤差均小于2 %，說明方法參數(shù)下受該類樣品的基體效應(yīng)影響可以忽略，這是因為樣品由氫氟酸消解，經(jīng)過除硅等過程，樣品溶液的基體效應(yīng)基本消除。故在標準系列溶液配制過程中無需進行基體匹配。

表4 校正曲線法和標準加入法測定結(jié)果對比

2.5 精密度與加標回收實驗

應(yīng)用方法確定的條件參數(shù)，實驗對樣品進行了加標回收實驗，由表5可見，Pb、Cr、Cd、As、Hg、Mn、Ni、Cu、Zn的加標回收率均在97%～102 %之間，As和Hg的加標回收率在95%～100%之間，說明本方法準確可靠，無基體效應(yīng)對測定結(jié)果的干擾。對隨機抽取的揚塵樣品進行11次平行測定，計算方法的精密度。其中As、Hg含量低于檢出限，則對樣品消解液加標回收液進行測定，其標準偏差分別為3.96 %和4.58 %，即各元素方法測量結(jié)果的標準偏差均不大于4.6%，表明測定結(jié)果重復(fù)性好，具體數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 加標回收實驗結(jié)果

表6 精密度實驗結(jié)果

3 結(jié)論

通過系列實驗分析研究，對于粉煤灰堆場揚塵樣品建立了微波消解預(yù)處理，以ICP-AES法測定其9種常見重金屬的分析方法。方法使用一種儀器同時測定9種重金屬元素，大大簡化了分析過程，提高了速度及效率，其結(jié)果準確可靠，方法檢出限滿足環(huán)保監(jiān)測要求。也可經(jīng)優(yōu)化擴展應(yīng)用于其他金屬元素的分析測定，以及作為其他分析方法開發(fā)的參考。